Refraction

In physics, refraction is the redirection of a wave as it passes from one medium to another. The redirection can be caused by the wave's change in speed or by a change in the medium.^[1] Refraction of light is the most commonly observed phenomenon, but other waves such as sound waves and water waves also experience refraction. How much a wave is refracted is determined by the change in wave speed and the initial direction of wave propagation relative to the direction of change in speed.

Opticalprisms and lenses use refraction to redirect light, as does the human eye. The refractive index of materials varies with the wavelength of light,^[2] and thus the angle of the refraction also varies correspondingly. This is called dispersion and allows certain prisms^[3] and raindrops in rainbows^[4] to divide white light into its constituent spectral colors.

For light, refraction follows Snell's law, which states that, for a given pair of media, the ratio of the sines of the angle of incidence${\displaystyle {\theta _{1}}}$ and angle of refraction${\displaystyle {\theta _{2}}}$ is equal to the ratio of phase velocities${\textstyle {\frac {v_{1}}{v_{2}}}}$ in the two media, or equivalently, to the refractive indices${\estilo de texto {\frac {n_ {2}} {n_ {1}}}}$ of the two media:^[5]

$${\displaystyle {\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}}$$

Refraction involves two related parts, both a result of the wave nature of light: a reduced speed in an optical medium and a change in angle when a wave front crosses between different media at an angle.

1. La luz disminuye su velocidad al viajar a través de un medio distinto del vacío (como el aire, el vidrio o el agua). Esto no se debe a la dispersión ni a la absorción, sino a que, como oscilación electromagnética , la luz misma provoca la oscilación de otras partículas cargadas eléctricamente , como los electrones . Estos electrones oscilantes emiten sus propias ondas electromagnéticas que interactúan con la luz original. La onda resultante tiene una velocidad menor. Cuando la luz regresa al vacío y no hay electrones cerca, este efecto de ralentización cesa y su velocidad vuelve a ser la de la luz .
2. Cuando la luz incide en un medio más lento en ángulo, un lado del frente de onda se ralentiza antes que el otro. Esta ralentización asimétrica provoca un cambio en el ángulo de su trayectoria. Una vez dentro del nuevo medio, cuyas propiedades son constantes, la luz vuelve a viajar en línea recta.

Dispersión de la luz

Refraction is also responsible for rainbows and for the splitting of white light into a rainbow-spectrum as it passes through a glass prism. Glass and water have higher refractive indexes than air. When a beam of white light passes from air into a material having an index of refraction that varies with frequency (and wavelength), a phenomenon known as dispersion occurs, in which different coloured components of the white light are refracted at different angles, i.e., they bend by different amounts at the interface, so that they become separated. The different colors correspond to different frequencies and different wavelengths.

Refraction occurs when light goes through a water surface since water has a refractive index of 1.33 and air has a refractive index of about 1. Looking at a straight object, such as a pencil in the figure here, which is placed at a slant, partially in the water, the object appears to bend at the water's surface. This is due to the bending of light rays as they move from the water to the air. Once the rays reach the eye, the eye traces them back as straight lines (lines of sight). The lines of sight (shown as dashed lines) intersect at a higher position than where the actual rays originated. This causes the pencil to appear higher and the water to appear shallower than it really is.

The depth that the water appears to be when viewed from above is known as the apparent depth. This is an important consideration for spearfishing from the surface because it will make the target fish appear to be in a different place, and the fisher must aim lower to catch the fish. Conversely, an object above the water has a higher apparent height when viewed from below the water. The opposite correction must be made by an archer fish.^[9]

For small angles of incidence (measured from the normal, when sin θ is approximately the same as tan θ), the ratio of apparent to real depth is the ratio of the refractive indexes of air to that of water. But, as the angle of incidence approaches 90°, the apparent depth approaches zero, albeit reflection increases, which limits observation at high angles of incidence. Conversely, the apparent height approaches infinity as the angle of incidence (from below) increases, but even earlier, as the angle of total internal reflection is approached, albeit the image also fades from view as this limit is approached.

El índice de refracción del aire depende de su densidad y, por lo tanto, varía con la temperatura y la presión atmosféricas . Dado que la presión es menor a mayor altitud, el índice de refracción también disminuye, lo que provoca que los rayos de luz se refracten hacia la superficie terrestre al recorrer largas distancias a través de la atmósfera. Esto altera ligeramente la posición aparente de las estrellas cuando están cerca del horizonte y permite que el sol sea visible antes de que se eleve geométricamente sobre el horizonte durante el amanecer.

Las variaciones de temperatura en el aire también pueden causar refracción de la luz. Esto puede verse como una neblina de calor cuando se mezclan aire caliente y frío, por ejemplo, sobre un fuego, en el escape de un motor o al abrir una ventana en un día frío. Esto hace que los objetos vistos a través del aire mezclado parezcan parpadear o moverse aleatoriamente a medida que el aire caliente y frío se desplaza. Este efecto también es visible en las variaciones normales de la temperatura del aire durante un día soleado cuando se utilizan teleobjetivos de gran aumento y a menudo limita la calidad de la imagen en estos casos. ^{[ 10 ]} De manera similar, la turbulencia atmosférica produce distorsiones que varían rápidamente en las imágenes de los telescopios astronómicos , lo que limita la resolución de los telescopios terrestres que no utilizan óptica adaptativa u otras técnicas para superar estas distorsiones atmosféricas .

Las variaciones de temperatura del aire cerca de la superficie pueden dar lugar a otros fenómenos ópticos, como espejismos y el efecto Fata Morgana . Lo más común es que el aire calentado por una carretera caliente en un día soleado desvíe la luz que incide en un ángulo poco pronunciado hacia el observador. Esto hace que la carretera parezca reflectante, creando la ilusión de que está cubierta de agua.

In medicine, particularly optometry, ophthalmology and orthoptics, refraction (also known as refractometry) is a clinical test in which a phoropter may be used by the appropriate eye care professional to determine the eye's refractive error and the best corrective lenses to be prescribed. A series of test lenses in graded optical powers or focal lengths are presented to determine which provides the sharpest, clearest vision.^[11]Refractive surgery is a medical procedure to treat common vision disorders.

• Birefringence (double refraction)
• Geometrical optics
• Huygens–Fresnel principle
• Lista de índices de refracción
• Refracción negativa
• Reflexión
• Fotografía Schlieren
• Refracción sísmica
• Superrefracción

• Reflexiones y refracciones en el trazado de rayos : una explicación sencilla pero exhaustiva de las matemáticas que hay detrás de la refracción y la reflexión.
• Simulación de refracción de destello: incluye la fuente , explica la refracción y la ley de Snell.
• "Refracción"  . Encyclopædia Britannica . Vol. 23 (11.ª ed.). 1911. págs. 25–29 .